• • constexpr - 指定变量或函数的值可在常量表达式中出现

解释

constexpr 说明符声明可以在编译时求得函数或变量的值。然后这些变量和函数（若给定了合适的函数实参）即可用于仅允许编译时常量表达式之处。用于对象或非静态成员函数 (C++14 前)声明的 constexpr 说明符蕴含 const。用于函数声明的 constexpr 说明符或 static 成员变量 (C++17 起)蕴含 inline。若函数或函数模板的任何声明拥有 constexpr 说明符，则每个声明必须都含有该说明符。

constexpr 变量必须满足下列要求：

• • 其类型必须是字面类型 (LiteralType) 。
  • 它必须被立即初始化
  • 其初始化的全表达式，包括所有隐式转换、构造函数调用等，都必须是常量表达式

constexpr 函数必须满足下列要求：

• • 其返回类型（若存在）必须是字面类型 (LiteralType)
  • 其每个参数都必须是字面类型 (LiteralType)
  • 对于构造函数与析构函数 (C++20 起)，该类必须无虚基类
  • 至少存在一组实参值，使得函数的一个调用为核心常量表达式的被求值的子表达式（对于构造函数为足以用于常量初始化器） (C++14 起)。不要求对这点的诊断。

函数体非 =delete; 的 constexpr 构造函数必须满足下列额外要求：

• • 每个被选用于初始化非静态成员和基类的构造函数必须是 constexpr 构造函数。

对于 constexpr 函数模板和类模板的 constexpr 函数成员，必须至少有一个特化满足上述要求。其他特化仍被认为是 constexpr，尽管常量表达式中不能出现这种函数的调用。

注解

constexpr int f();
constexpr bool b1 = noexcept(f()); // false，constexpr 函数未定义
constexpr int f() { return 0; }
constexpr bool b2 = noexcept(f()); // true，f() 是常量表达式

constexpr 构造函数允许用于非字面类型的类。例如，std::unique_ptr 的默认构造函数是 constexpr，允许常量初始化。

引用变量可声明为 constexpr（其初始化器必须是引用常量表达式）：

static constexpr int const& x = 42; // 到 const int 对象的 constexpr 引用
                                    // （该对象拥有静态存储期，因为 static 引用续命）

关键词

constexpr

示例

计算阶乘的 C++11 constexpr 函数的定义，及扩展字符串字面量的字面类型：

运行此代码

#include <iostream>
#include <stdexcept>
 
// C++11 constexpr 函数使用递归而非迭代
// （C++14 constexpr 函数可使用局部变量和循环）
constexpr int factorial(int n)
{
    return n <= 1? 1 : (n * factorial(n - 1));
}
 
// 字面类
class conststr {
    const char* p;
    std::size_t sz;
public:
    template<std::size_t N>
    constexpr conststr(const char(&a)[N]): p(a), sz(N - 1) {}
 
    // constexpr 函数通过抛异常来提示错误
    // C++11 中，它们必须用条件运算符 ?: 这么做
    constexpr char operator[](std::size_t n) const
    {
        return n < sz ? p[n] : throw std::out_of_range("");
    }
    constexpr std::size_t size() const { return sz; }
};
 
// C++11 constexpr 函数必须把一切放在单条 return 语句中
// （C++14 无此要求）
constexpr std::size_t countlower(conststr s, std::size_t n = 0,
                                             std::size_t c = 0)
{
    return n == s.size() ? c :
           'a' <= s[n] && s[n] <= 'z' ? countlower(s, n + 1, c + 1) :
                                        countlower(s, n + 1, c);
}
 
// 输出要求编译时常量的函数，用于测试
template<int n>
struct constN
{
    constN() { std::cout << n << '\n'; }
};
 
int main()
{
    std::cout << "4! = " ;
    constN<factorial(4)> out1; // 在编译时计算
 
    volatile int k = 8; // 不允许使用 volatile 者优化
    std::cout << k << "! = " << factorial(k) << '\n'; // 运行时计算
 
    std::cout << "the number of lowercase letters in \"Hello, world!\" is ";
    constN<countlower("Hello, world!")> out2; // 隐式转换到 conststr
}

输出：

4! = 24
8! = 40320
the number of lowercase letters in "Hello, world!" is 9

缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

• 常量表达式
• consteval
• constinit